Unsere Erde als Wärmeenergieqelle

PRAKLA-SEISMOS Report
Report 1 / 79
Unsere Erde als Wärmeenergieqelle
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4000 Jahre lang könnten wir den Energiebedarf der Menschheit decken, wenn es gelänge, die Wärme der
Erdkruste im Bereich der Kontinente bis 5 km Tiefe zu nutzen.
Diese Aussage ist allerdings kein Grund für die Kernkraftgegner nun zu frohlocken, denn das Vorhandensein
solch gewaltiger Wärmeenergiemengen und ihre Nutzbarmachung sind zwei sehr verschiedene Dinge.
Wissenschaft und Technik haben begonnen, die Technologie zur Erschließung der Erdwärme im Rahmen eines
Forschungsprogrammes der Bundesregierung und der Europäischen Gemeinschaft zu entwickeln. Auch unsere
Gesellschaft wurde in diesen Prozeß (wie auch in andere ergänzende Forschungsaufgaben) durch die Teilnahme
an speziellen seismischen Untersuchungen im Bereich der Wärmeanomalie Urach eingeschaltet (siehe folgenden
Beitrag). Dieses Projekt stand unter der Leitung von Herrn Professor Dr. Meißner, Universität Kiel, der lange
Jahre als Truppleiter unserer Gesellschaft
praktische Erfahrungen in der angewandten
Seismik sammeln konnte.
Das wesentlich Neue bei dieser Untersuchung
war der Gedanke von Th. Krey, durch sehr
lange Geophonauslagen eine möglichst große
Genauigkeit bei der Bestimmung der
seismischen Geschwindigkeiten aus den
hierbei erzielten großen Moveout-Zeiten im
Bereich der Kruste und ihrer Basis zu
erreichen. Im Hintergrund stand dabei der
Gedanke, eine eventuell gemessene
Geschwindigkeitsanomalie mit der
Wärmeanomalie räumlich in Beziehung zu
setzen.
Der folgende Beitrag von Prof. Dr. Th. Krey, K.S. Bartholdy und J. Schmoll beleuchtet vor
allem den großen technischen und
organisatorischen Aufwand, der bei diesen
außergewöhnlichen Messungen erforderlich
war.
Zunächst einige grundsätzliche Bemerkungen
über die Wärme aus der Tiefe. Wir stützen uns
hierbei zum Teil auf einen Aufsatz in der „PREUSSAG Zeitschrift für Aktionäre und Freunde der Gesellschaft" Nr.
64/1978.
Jedermann weiß, daß es in einem tiefen Bergwerk sehr viel wärmer ist als an der Erdoberfläche. Der
„geothermische Gradient", die Zunahme der Temperatur mit der Tiefe, beträgt normalerweise etwa 30 Grad
Celsius pro Kilometer. In einer Tiefbohrung von 3000 m Tiefe herrscht also eine Temperatur von etwa 100 Grad.
Diese Wärme stammt zu knapp einem Drittel aus der glutflüssigen Vergangenheit unseres Planeten, zu siebzig
Prozent aus dem radioaktiven Zerfall von Uran-, Thoriumund Kaliumatomkernen, die in allen irdischen Gesteinen
vorkommen.
Der geothermische Gradient ist nicht überall gleich. Es gibt auf der Erde Gebiete, wo er von der Norm mehr oder
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weniger stark abweicht und zu sogenannten Wärmeanomalien führt, die heute auch als „thermische Lagerstätten"
bezeichnet werden, soweit es sich um „positive" Anomalien handelt, die ein vom Normalfall abweichendes
höheres Wärmepotential anzeigen. Diese Lagerstätten sind um so interessanter, je geringer die Tiefe ist, in der
die überhöhten Temperaturen auftreten.
Treten Zonen größeren Wärmestaus
in Kontakt zum Grundwasser oder
werden sie von zirkulierenden
Wässern durchflossen, kann dies zur
Bildung von nutzbarem Heißwasser ja
sogar Dampf führen. In manchen
Gegenden der Erde werden damit
Wohnungen beheizt oder auch
Elektrizitätswerke betrieben. Die
Gesamtmenge des durch Erdwärme
erzeugten Stromes in Island, Italien,
Mexiko und auf verschiedenen
Pazifikinseln usw. entspricht einer
Leistung von rund 1350 Megawatt,
also nicht mehr, als ein einziges
Kernkraftwerk erzeugt. Das ist,
weltweit gesehen, recht wenig und
erinnert uns wiederum daran, daß,
zumindest für die nähere Zukunft,
während der „nicht-nukleare
Energiequellen" noch im
Anfangsstadium ihrer Entwicklung
stehen, auf Kernkraftwerke nicht
verzichtet werden kann.
Das größte Problem bei der Nutzung
der Erdwärme als Energiequelle liegt
darin, daß es bisher nicht gelungen
ist, die Wärme aus größeren Tiefen, z. B. aus 5000 Meter, an die Erdoberfläche zu transportieren. Außerdem ist
die Wärme in den meist nur wenig porösen und schlecht durchlässigen Gesteinen „gefangen", und man kommt
noch kaum oder nur unter Schwierigkeiten an sie heran. Wie groß aber diese „trockene" Wärmemenge ist, die
hier potentiell vorhanden, aber bisher ungenutzt bleiben muß, ergibt sich daraus, daß die Abkühlung eines
Gesteinskörpers von einem Kubikkilometer Rauminhalt um nur ein Grad der Wärmemenge entspricht, die in 85
000 Tonnen Steinkohle enthalten ist.
Zur Gewinnung von „trockener" Wärme brachte das US-Forschungsinstitut von Los Alamos in den Jemez Bergen
Neu Mexikos zwei 3000 Meter tiefe Bohrungen in heißen Granit nieder. In eine davon wurde vier Tage lang kaltes
Wasser unter hohem Druck eingepumpt, aus der anderen — 75 Meter davon entfernten — konnte 20 Stunden
nach Beginn dieses Experimentes 150 Grad heißes Wasser mit einer thermischen Leistung von etwa fünf
Megawatt entnommen werden. Damit Wasser zwischen zwei Bohrlöchern zirkulieren kann, müssen im Gestein
Risse erzeugt werden. Das kann durch das sogenannte „Hydrofrac-Verfahren", das heißt durch hydraulisches
Aufbrechen des Gesteins, bewerkstelligt werden. Dieses Verfahren wird bekanntlich bereits seit längerer Zeit in
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der Erdöl- und Erdgas-Gewinnung zur Produktionssteigerung angewandt.
Die Gewinnung trockener Erdwärme
ist also bislang durch die hohen
Kosten des Niederbringens von zwei
Bohrungen belastet. Die PREUSSAG
hat nun, um die Bohrkosten zu
senken, ein System konzipiert, bei
dem nur eine Tiefbohrung nötig ist.
Demzufolge wird kaltes Wasser in
einem wärmeisolierten inneren Rohr
in die Tiefe gepreßt und nach seiner
Aufheizung in einem zweiten,
perforierten Rohr, das die innere
Sonde koaxial umgibt, wieder nach
oben gefördert (siehe Skizze). Ob der
gegenüber zwei benachbarten
Bohrungen verminderte
Durchströmungsbereich genügen
wird, um wirtschaftliche Ergebnisse zu
erzielen, muß die Zukunft lehren.
Das Problem, Erdwärme in größerem
Umfang wirtschaftlich zu nutzen, ist
noch mit vielen Fragezeichen
versehen. Industrie und Wissenschaft
werden hoffentlich auch bei uns dazu
beitragen, der Lösung dieses
Problems in nicht zu ferner Zukunft näherzukommen.
Dr. R. Köhler
Aktuell:
Am 24.06.2009 begann die Tiefbohrung „Groß Buchholz GT-1“ der BGR, etwa 100m südlich des PRAKLASEISMOS Gebäudes. Mit dem Geothermie-Projekt 'GeneSys' heizt die BGR ab 2012 mit Erdwärme aus 4000
Meter Tiefe.
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